电源变换/镍镉电池充电器的制作方法
专利名称：电源转换/镍镉电池充电器的制造方法
技术领域：
本实用新型属于一种利用转换器从交流主线路对电池组进行充电的装置。
小型电子产品趋于薄型化、品种多，与干电池同规格的镍镉电池使用量日益增多。镍镉电池充电器可以快速高效地对不同型号、数量的镍镉电池进行充电。目前国内外镍镉电池充电器及国内已公布的相关实用新型专利技术基本都是采用工频交流电源、电容降压或变压器降压、半波或全波整流、电容滤波、恒流源充电或恒压降流控制充电电流、稳压限流、充电电压检测控制、显示等方式。镍镉电池在不同充电电流下，终止充电电压不同，同种型号的电池充电曲线也不同。仅凭终止充电电压或点亮小电珠并不能说明电池电量充足，只有达到标称放电容量才算是充足电池。密封镍镉碱性电池更适合采用恒流源定时充电。 彭日志主编的《直流稳定电源》介绍了一种晶体管稳压恒流源电路。当输入电压大范围变化时，稳压器的工作电流变化很大，引起晶体管的基极电位变化，集电极电流也随之变化。稳压器在达到启动工作电流时，最大工作电流会使稳压器的功耗增加过多。双环互补恒流源可以提高输出电流的稳定性，但增加了串联电路的压降。当输入电压一定时，串联的电池节数大范围变化时，晶体管的△Vce变化很大，Vce-Ic的非线性特性也会引起集电极电流Ic的变化。当节数减少，Vce增加时，晶体管的功耗Pc=Ic·Vce成倍增加，采用大功率管对散热要求增加。 中国专利提出了在电源变压器次级整流电路中串联电容的方法，起到降低电压、限制电流的作用，但如果恒流源输出多个电流值时，调整不方便。
本实用新型的目的是提供一种电源转换/镍镉电池充电装置，可对常用的镍镉电池UM3(5号)、UM4(7号)、任意节数(例如1至4节)进行快速或慢速、高效充电，并输出对称直流电。
本实用新型从充电和电能转换两个功能技术角度进行综合构思设计。
1、充电功能，在多种功能组合选择中，以求得高效、规范的充电效果。关键是解决如何在大范围改变选择时，保持充电电流恒定，从而准确掌握充电时间，达到使电池充满电而不过度充电的目的。本装置采用与电池节数同步切换的电源变压器串联抽头电压和基极、集电极、两组独立供电的发光二极管、晶体管恒流源充电电路。
图1从变压器次级7.5V~端引出半波整流，C1滤波，发光二极管正向稳压（兼作指示灯），提供BG基极偏置Vbe，调节R4-R7控制恒流值，根据UM3（5号）、UM4（7号）镍镉电池的充电特性及实验测试，选择4个固定档位：UMS 2档，慢充50mA（0.1C）15h，快充150mA（0.3C）4 1/2h，UM4 2档慢充18mA（0.1C），快充54mA（0.3C），为简化结构也可选用50mA。对UM5（8号）充电也可采用UM4档。 变压器次级输出5档交流电压1.5V、3V、4.5V、6V、7.5V，充电状态为3V~7.5V。经桥式全波整流（D3~D6）后，C2滤波输出平滑直流电，通过一系列充电电池加到BG的集电极-发射极。不同数量的充电电池对应变压器次级交流电压1-3V、2-4.5V、3-6V、4-7.5V，由开关K2同步切换。在不同电池数量和输入电压下，△VCe≤1V，△IC变化很小，在较宽的变化范围内可获得准确的恒流特性。BG的Vce维持在1.5V±0.5V之间，最大功耗pc＝Ic。Vce≤2V×150mA＝300mW，可选用小功率管。 密封镍镉电池的自放电较大，每天约0.7%。电路中在BG管CE端并联电阻R9，实现微电流补充充电，电流值为电池容量的0.5~1%，即2mA，可补偿电池自放电的容量损失。电池充满电后转为长期微电流充电，可保持电池容量充足，不至于过充。
2、电源变换功能，取电源变压器1.5V、3V、4.5V、6V四档交流电压，经全波整流、电容滤波后可输出四档直流电压，输出电流为300mA。变压器实际抽头电压应考虑变压器额定电流时内阻压降和整流二极管正向压降。在完成常规充电功能时，通过拨动开关K1将变压器四档电压并联移位，在不改变K2位置的情况下，得到对称直流电压。同时发光二极管D7断开，电源输出插孔CK导通，BG截止，CE端开路，R9接通微电流充电。
本实用新型采用电源变压器系列抽头电压与充电电池节数同步切换，恒流管Vb、Vc独立供电，微电流补充充电等措施，使恒流管处于低压低功耗工作状态，达到在大范围内改变功能选择时，充电电流保持恒定的目的。有效实现UM3、UM4镍镉电池，1～4节充电节，标准充电、快速充电多种功能组合选择，可获得高效、规范的充电效果，同时获得多档电压输出电源转换器的功能，具有综合构思，一机两用，操作简便，功能价格比提高。
图纸及其说明如图1所示。B电源变压器抽头串联电压为1.5V、3V、4.5V、6V、7.5V/300mA，每级增加1V左右的压降损失。拨动开关，其中2位4刀完成2组4级电压的并联移位，另一2位2刀同时切换LED输入电压和电源输出二芯插孔CK。拨动开关同时切换4级电压和4节电池。拨动开关选择4级恒流值。 D1、D3~D6为整流二极管，C1C2为电解电容，/10V~2000μ/10V，R2为泄放电阻，为减小电压波动，取510Ω，R3为D7的限流电阻，ID7=15mA，稳定电压在1.7V左右，R3390Ω，D7红色发光二极管作为正向稳压兼充电指示，R1330Ω，D2绿色发光二极管作为功率变换器及补充充电状态指示，R4~R7为4档偏置电阻，R8为下偏置电阻680Ω，BG恒流管或8050，hfe≥50。R2为1KΩ微电流充电限流电阻。
最佳实施例的结构如图2所示，分为控制部分和电池板栅。塑料外壳面板上安装有三个控制开关，K1为微动拨动开关，K2K3直接制作在塑料面板及印刷电路板上，发光二极管指示灯，两芯电源插孔位于机壳侧面，各部件采用机内印刷电路板接线组装而成。电池从右至左按1、2、3、4的顺序依次放入电池板栅中。正极通过塑料框架结构，当电池误装反时不导电。负极采用铜板加弹簧在塑料槽内滑动，以适应5号、7号、8号电池的不同长度。
实验测试电气数据，UM3（5号），标准慢充50mA/0.1C.15h及快充150mA/0.3C.4 1/2h，当充电电池节数在1~4节任意变化时，△I/I<5%，以50mA/0.1C放电≥10小时即可达到电池标称容量，电源转换器输出1.5V、3V、4.5V、6V直流电压，输出电流为300mA，可直接作为外接电源使用。
权利要求1.电源变换/镍镉电池充电器包括电源变压器串联抽头电压降压，两组主、辅整流、滤波、恒流晶体管基极集电极独立供电，发光二极管用于稳压及充电指示，晶体管有4个固定恒流值，4个充电电池节数调节，UM3(5号)和UM4(7号)标准充电0.10和快速充电0.3C，并联电阻微电流充电，输出4个对称串联直流电压。电池节数、恒流值、输出直流电压等级可扩展。其技术特征为a.电源变压器串联抽头电压随充电电池节数同步切换，3V(1节)4.5(2节)、6V(3节)、7.5V(4节)；b. 辅助电源发光二极管、三极管组成基极独立稳压恒流源；c.输出对称串联直流电压1.5V、3V、4.5V、6V/300MA。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：电源变压器和充电电池个数通过4W2D开关切换。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：辅助电源从电源变压器的7.5V端子引出。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述直流电源采用2W6D开关切换，通过2芯插孔输出。
专利摘要：本实用新型是一种兼具镍镉电池充电和电源变换功能的电子设备，为了在镍镉电池标准、快速充电和任意改变充电电池节数时达到高效的充电效果，通过电源变压器串联抽头电压随充电电池节数同步切换、恒流晶体管基极和集电极独立供电，解决了大范围改变选择时保持充电电流恒定的关键技术问题。调试方便，整机功耗小，微电流充电可补偿电池自放电，保持足够的电池容量。兼具电源变换功能，可输出对称多档直流电压，广泛应用于小型电子产品中。
文件编号H02J7/
公布日期：1991年5月1日 申请日期：1989年12月14日 优先权日期：1989年12月14日
发明人：孙全玲申请人：孙全玲